Negli ultimi anni, l’elettrospinning (o elettrofilatura) ha suscitato molto interesse grazie alla sua elevata efficienza e ai costi contenuti per la produzione di nanofibre. Il processo produttivo, utilizzato sia industrialmente sia a livello di ricerca, consente la fabbricazione di fibre in modo continuo a partire da materiali polimerici che possono essere portati ad uno stato fluido ad elevata viscosità attraverso la fusione o la dissoluzione in opportuni solventi. Nella soluzione di partenza possono anche essere aggiunte altre specie quali ad esempio particelle ceramiche, nanoparticelle metalliche o molecole funzionalizzate, con il fine di conferire alla fibra finale particolari proprietà utili in applicazioni altamente specializzate.
Con la riduzione del valore del diametro minimo alla scala nanometrica, le fibre ottenute mediante elettrospinning, rispetto alle fibre ottenute con i metodi di filatura convenzionali, acquisiscono nuove proprietà: elevata area superficiale specifica, porosità ed elevato modulo elastico. Queste nanofibre trovano applicazione in diversi settori tecnologicamente avanzati quali l’ingegneria biomedica, sistemi di filtrazione, produzione di tessuti funzionali, l’elettronica organica flessibile e l’energia, il packaging alimentare, e recentemente anche il settore cosmetico.
In particolare, le fibre di acido ialuronico ottenute mediante elettrospinning sono molto ricercate soprattutto nei campi della biomedicina e della cosmetica. Se nel campo dell’ingegneria biomedica è vero che le fibre di acido ialuronico possono trovare applicazione nelle terapie rigenerative dei tessuti (l’acido ialuronico è uno dei principali componenti del tessuto connettivo e della matrice extracellulare) o possono essere utilizzate come sistemi di rilascio controllato di farmaci (drug delivery) grazie alla loro biocompatibilità e alla capacità di trattenere e rilasciare gradualmente principi attivi, quando si parla di cosmetica e cura della pelle, il marketing promozionale dei prodotti tende a generare molta confusione, spesso con analogie, suggerite ma non dichiarate, con prodotti e trattamenti della medicina estetica.
L’acido ialuronico, macromolecola polimerica definibile come glicosamminoglicano, viene infatti presentato come ingrediente che “penetra in profondità” nella pelle e rimpolpa le rughe. Mentre i filler, cioè le iniezioni di acido ialuronico mediante siringa, possono davvero attraversare lo strato di epidermide e arrivare al derma grazie all’ago, il cosmetico con acido ialuronico (neanche nella sua versione a basso peso molecolare) non può fare la stessa cosa, dunque né tantomeno produrre lo stesso effetto, come bene ci spiega Beatrice Mautino nel suo libro “La scienza dei cosmetici”. Nonostante ciò, il florido mercato di prodotti cosmetici a base di acido ialuronico comprende gel, creme, sieri, nonché patch e maschere in tessuto (sheet masks) realizzate con fibre ottenute tramite elettrospinning, che promettono di rilasciare lentamente l’acido ialuronico e altri ingredienti attivi sulla pelle.
In generale, l’utilizzo delle fibre di acido ialuronico ottenute tramite elettrospinning sta aprendo nuove frontiere in diversi settori, e con l’ulteriore sviluppo delle tecnologie di elettrospinning, queste applicazioni sono destinate a espandersi ulteriormente.
Il SEM (Scanning Electron Microscopy) è uno degli strumenti principali utilizzati per caratterizzare le fibre di acido ialuronico, in particolare quelle ottenute tramite elettrospinning, per la sua capacità di fornire informazioni dettagliate sulla morfologia e sulla struttura superficiale delle fibre. Il SEM permette di osservare la forma, le dimensioni (diametro), l’uniformità e la distribuzione delle fibre stesse con risoluzioni dell’ordine del nanometro. Il SEM consente inoltre di esaminare la topografia della superficie delle fibre, fornendo dettagli sulla rugosità e la porosità. Questi due aspetti rappresentano un punto fondamentale delle analisi: per le fibre di acido ialuronico, infatti, la topografia della superficie può influire sulla loro biocompatibilità e sulla capacità di rilasciare gradualmente ingredienti attivi.
Grazie alla sua risoluzione estremamente elevata, il SEM può rilevare piccole variazioni nella struttura della fibra, come pori o difetti (ad esempio rotture, giunture, accumuli irregolari di materiale), che potrebbero influenzare le proprietà meccaniche e funzionali delle fibre.
Fig.1 – Campioni di fibre di acido ialuronico ottenute mediante elettrospinning: sulla sinistra campione con fibre lineari e con diametro uniforme; sulla destra campione con fibre curve e con numerosi difetti (in evidenza in alto a sinistra l’accumulo irregolare di materiale). Immagini acquisite con SEM Coxem EM-40 e EM-30N.
L’elettrospinning può produrre fibre disposte in una rete più o meno densa. Il SEM permette di esaminare la disposizione e la compattezza di queste fibre, che è importante per determinare come le fibre interagiscono tra di loro e con il contesto circostante: la struttura della rete può influenzare la porosità e la capacità di carico delle fibre.
Fig.2 – Porzioni di campioni osservate allo stesso ingrandimento: sulla sinistra la rete di fibre presenta diverse aree vuote (pori), mentre sulla destra si osserva una rete con trama più fitta e dunque meno porosa. Immagini acquisite con SEM Coxem EM-40.
Il SEM è utile anche per esaminare gli effetti del processo di elettrospinning sulla morfologia delle fibre: durante la produzione, diverse variabili (come la concentrazione della soluzione, la velocità di estrusione, la tensione applicata, ecc.) possono influire sulla formazione delle fibre. Il SEM aiuta a comprendere come questi parametri processuali determinano le caratteristiche finali delle fibre, come la loro uniformità, il diametro e la resistenza meccanica.
Fig.3 – Analisi del diametro medio su campione di fibre di acido ialuronico prodotte mediante elettrospinning.
Se le fibre di acido ialuronico vengono caricate con altri principi attivi (come farmaci, antiossidanti o altre sostanze funzionali), il SEM può essere usato per osservare come questi composti vengono dispersi all’interno delle fibre o sulla loro superficie.
Nelle applicazioni biomediche il SEM consente di esaminare come le fibre di acido ialuronico interagiscono con altre superfici biologiche, come le cellule, e se adottano la giusta conformazione per favorire la proliferazione cellulare o la guarigione dei tessuti.
Infine, se le fibre di acido ialuronico subiscono trattamenti o modifiche (come trattamenti termici, modifiche chimiche, liofilizzazione, ecc.), il SEM può essere utilizzato per studiare come questi cambiamenti alterano la struttura delle fibre, la loro morfologia e la distribuzione dei componenti. Questo è importante per valutare la stabilità e l’efficacia dei prodotti finiti.
Fig.4 – Studio delle caratteristiche topografiche di una porzione di rete di fibre di acido ialuronico prodotte per elettrospinning: analisi dell’isotropia (distribuzione dell’orientamento delle fibre), rappresentazione tridimensionale della rete e analisi dei layer depositati e delle porosità della trama.
Il SEM è dunque uno strumento fondamentale per ottenere una caratterizzazione completa delle fibre di acido ialuronico prodotte tramite elettrospinning, in quanto permette di analizzare dettagliatamente la loro morfologia, topografia superficiale, distribuzione e potenziale funzionalità nelle varie applicazioni.
